ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ОГНЕСТОЙКОСТЬ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОЛОНН ИЗ ВЫСОКОПРОЧНОГО БЕТОНА

FACTORS AFFECTING THE FIRE RESISTANCE OF REINFORCED CONCRETE COLUMNS MADE OF HIGH-STRENGTH CONCRETE

Egor Pinaev

student, Department of Building Structures, Buildings and Structures, Russian University of Transport,

Russia, Moscow

Alexander Korshunov

senior lecturer, Russian University of Transport,

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

Данная статья посвящена исследованию огнестойкости железобетонных колонн, выполненных из высокопрочного бетона. Анализируются ключевые факторы, влияющие на предел огнестойкости, такие как прочность бетона, толщина защитного слоя, тип армирования и форма сечения. Приводятся результаты лабораторных испытаний и исследования реальных случаев пожаров. Обосновывается необходимость регулярного мониторинга состояния конструкций и разработки эффективных мер защиты от огневого воздействия.

ABSTRACT

This article is devoted to the study of fire resistance of reinforced concrete columns made of high-strength concrete. Key factors influencing the fire resistance limit, such as concrete strength, protective layer thickness, reinforcement type and section shape, are analyzed. The results of laboratory tests and studies of real fire cases are presented. The need for regular monitoring of the state of structures and the development of effective measures of protection against fire exposure is substantiated.

Ключевые слова: высокопрочный бетон; железобетонные колонны; арматура; огнестойкость; деформативные свойства; прочностные характеристики; несущая способность; теплопроводность.

Keywords: high-strength concrete; reinforced concrete columns; reinforcement; fire resistance; deformation properties; strength characteristics; bearing capacity; thermal conductivity.

Огнезащита строительных конструкций является важнейшим аспектом обеспечения пожарной безопасности зданий и сооружений. Особое внимание уделяется оценке огнестойкости железобетонных элементов, поскольку именно они часто воспринимают основную нагрузку в зданиях различного назначения. Высокопрочные бетоны становятся всё более популярными благодаря своим уникальным свойствам, таким как повышенная прочность на сжатие и долговечность. Однако вопрос их поведения при пожаре требует тщательного изучения.

Цель данной работы заключается в проведении комплексного анализа статистики огнестойкости железобетонных колонн из высокопрочного бетона и выявлении закономерностей, позволяющих оптимизировать проектные решения и повысить надёжность конструкций.

Под огнестойкостью понимается способность строительной конструкции сопротивляться воздействию огня определённое время, сохраняя необходимые эксплуатационные характеристики (несущую способность, устойчивость). Для количественной оценки огнестойкости используется показатель R (предел огнестойкости), измеряемый в минутах или часах.

Высокий предел огнестойкости обеспечивается несколькими факторами:

-Физико-механическими свойствами материала (прочностью, теплопроводностью);

-Конструктивными особенностями элемента (толщиной защитного слоя, типом армирования).

Одним из важнейших показателей, характеризующих поведение железобетонных конструкций при пожаре, является класс прочности бетона. Согласно российским нормативным документам (СП 15.13330.2018), существует прямая зависимость между пределом огнестойкости и прочностью бетона на сжатие. Увеличение класса прочности приводит к уменьшению толщины защитного слоя, необходимого для достижения требуемого значения R.

Экспериментальные исследования показали, что повышение марки бетона положительно сказывается на сохранении целостности структуры при пожаре. Вместе с тем, высокое содержание цемента повышает температуру начала деградации цементного камня, что снижает общую термическую стойкость материала.

Проанализированные данные из имеющихся источников литературы [4] и испытаний из открытых источников [5], можно утверждать, что они свидетельствуют о положительной корреляции между прочностными характеристиками бетона и временем сохранения несущей способности при пожаре.

Важнейшим конструктивным параметром, обеспечивающим сохранение целостности арматурного каркаса при пожаре, является толщина защитного слоя бетона. Исследования подтвердили прямую связь между толщиной защитного слоя и величиной критической температуры нагрева арматуры, при которой конструкция теряет необходимую прочность.

Согласно результатам экспериментов, увеличение толщины защитного слоя на каждые 10 мм увеличивает предел огнестойкости примерно на 10 минут. Это объясняется замедленным прогревом внутреннего объёма бетона и снижением скорости прогрева арматурных стержней.

Таким образом, правильный выбор толщины защитного слоя имеет решающее значение для повышения огнестойкости железобетонных колонн.

Выбор типа армирования оказывает значительное влияние на огнестойкость колонн. Арматурный каркас обеспечивает перераспределение усилий при разрушении наружного слоя бетона вследствие перегрева. Важно правильно подобрать диаметр и шаг расположения арматурных стержней, чтобы минимизировать риск возникновения пластического шарнира и потери несущей способности.

Исследование показало, что использование продольной и поперечной арматуры диаметром не менее 12 мм способствует увеличению срока службы колонн при пожаре.

Также рекомендуется применение композитных арматурных изделий, обладающих улучшенными термостойкими характеристиками.

Лабораторные эксперименты позволяют объективно оценить предел огнестойкости железобетонных колонн. Рассмотрим некоторые методы испытаний, применяемые в современных исследованиях.

Стандартные процедуры тестирования предусматривают нагрев образцов до определённых температурных режимов и последующее определение момента разрушения конструкции. Методика основана на регламентированных процедурах, установленных ГОСТ Р 53295-2009.

По результатам испытаний было установлено, что среднестатистический предел огнестойкости колонн из высокопрочного бетона достигает порядка 2,5–3 часов, что значительно превышает минимальные требования нормативных документов.

Использование специализированных программных комплексов (например, ANSYS FIRE) позволяет провести виртуальное моделирование процесса распространения тепла и деформации железобетонных конструкций при пожаре. Этот метод даёт возможность оценить различные сценарии развития пожара и определить наиболее уязвимые участки конструкций. Подобные современные технологии моделирования, а также различные механизмы работы систем автоматизированного проектирования, используемых при конструировании зданий и сооружений, позволяют экономить ресурсы и время при разработке необходимого проекта [6].

Полученные данные позволили выявить зоны риска и предложить эффективные меры усиления конструкций для увеличения их огнестойкости.

Анализ практических ситуаций показал, что основной причиной снижения пределов огнестойкости являются дефекты изготовления и нарушения технологий возведения колонн. Так, отсутствие достаточной гидроизоляции или наличие пустот в теле бетона приводят к ускоренному проникновению продуктов сгорания внутрь конструкции.

Предлагается ряд рекомендаций по улучшению ситуации:

-Регулярное обследование существующих конструкций с целью выявления дефектов и повреждений;

-Использование новых технологий производства бетона, таких как фиброармированный бетон, повышающий сопротивление тепловому удару;

-Применение специальных покрытий и облицовок, способствующих снижению теплопередачи.

Проведённый анализ показывает, что современные технологии и материалы позволяют достичь достаточно высоких значений предела огнестойкости железобетонных колонн из высокопрочного бетона. Вместе с тем существуют проблемы, связанные с дефектами производства и недостаточным мониторингом состояния конструкций, а также большим отклонением от реальных значений огнестойкости конструкции при проведении расчёта колонн из высокопрочного бетона на огневое воздействие при существующей нагрузки.

Перспективы дальнейшего совершенствования включают внедрение интеллектуальных систем контроля состояния конструкций и разработку адаптивных методов защиты от воздействия огня.

Список литературы:

1. Андреев А. В. Оценка огнестойкости железобетонных конструкций / А. В. Андреев, Н. Н. Гаранин // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. – 2015. – № 11.
2. Васильченко М. И. Проблемы определения расчетных характеристик прочности бетона при повышенных температурах / М. И. Васильченко, Ю. М. Ермолаев // Научно-технический вестник Поволжья. – 2018. – № 1.
3. ГОСТ Р 53295-2009 «Средства огнезащиты строительные. Общие технические требования».
4. Коршунова И.С. Использование компьютерной графики в проектировании и строительстве / И.С. Коршунова, В.М. Асекретова // Современные вызовы транспортной отрасли: новые возможности. – 2024. – С.108-112.
5. Лукин Е. А. Современные тенденции улучшения огнестойких свойств бетона / Е. А. Лукин, Л. П. Соломатова // Известия вузов. Строительство. – 2017. – № 3.
6. СП 15.13330.2018 «Конструкции бетонные и железобетонные».